1

Лекция 1

Введение в технологию WIMAX

План

1. Основные принципы функционирования технологии WiMAX

2. Физический уровень стандарта IEEE 802.16

3. МАС-уровень стандарта IEEE 802.16

4. Управление соединениями

5. Мобильный стандарт IEEE 802.16e

1. Основные принципы функционирования технологии WiMAX

Беспроводные технологии – подкласс информационных технологий, которые

служат для передачи информации на расстояние между двумя и более точками, не

требуя связи их проводами. Для передачи информации может использоваться

инфракрасное излучение, радиоволны, оптическое или лазерное излучение.

В настоящее время существует множество беспроводных технологий, наиболее

часто известных пользователям по их маркетинговым названиям, таким как Wi-Fi,

WiMAX, Bluetooth. Каждая технология обладает определенными характеристиками,

которые определяют еѐ область применения.

По дальности действия беспроводные технологии можно разделить на:

Беспроводные персональные сети (WPAN – Wireless Personal Area

Networks). Пример технологий – Bluetooth.

Беспроводные локальные сети (WLAN - Wireless Local Area Networks).

Пример технологий – Wi-Fi.

Беспроводные сети масштаба города (WMAN - Wireless Metropolitan Area

Networks). Пример технологий – WiMAX.

Bluetooth — производственная спецификация беспроводных персональных

сетей. Bluetooth обеспечивает обмен информацией между такими устройствами как

карманные и обычные персональные компьютеры, мобильные телефоны, ноутбуки,

принтеры, цифровые фотоаппараты, мышки, клавиатуры, джойстики, наушники,

гарнитуры на надѐжной, недорогой, повсеместно доступной радиочастоте для

ближней связи.

Bluetooth позволяет этим устройствам сообщаться, когда они находятся в

радиусе до 10-100 метров друг от друга (дальность очень сильно зависит от преград и

помех), даже в разных помещениях.

Wi-Fi (англ. Wireless Fidelity — «беспроводная точность») — стандарт на

оборудование Wireless LAN. Разработан консорциумом Wi-Fi Alliance на базе

2

стандартов IEEE 802.11, «Wi-Fi» — торговая марка «Wi-Fi Alliance». Технологию

назвали Wireless-Fidelity (дословно «беспроводная точность») по аналогии с Hi-Fi.

Установка Wireless LAN рекомендовалась там, где развѐртывание кабельной

системы было невозможно или экономически нецелесообразно. В нынешнее время во

многих организациях используется Wi-Fi, так как при определенных условиях

скорость работы сети уже превышает 100 Мбит/сек. Пользователи могут

перемещаться между точками доступа по территории покрытия сети Wi-Fi.

Мобильные устройства (КПК, смартфоны и ноутбуки), оснащѐнные клиентскими Wi-

Fi приѐмо-передающими устройствами, могут подключаться к локальной сети и

получать доступ в Интернет через точки доступа или хотспоты.

WiMAX (англ. Worldwide Interoperability for Microwave Access) —

телекоммуникационная технология, разработанная с целью предоставления

универсальной беспроводной связи на больших расстояниях для широкого спектра

устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных

телефонов). Основана на стандарте IEEE 802.16, который также называют Wireless

MAN. Название «WiMAX» было создано WiMAX Forum — организацией, которая

была основана в июне 2001 года с целью продвижения и развития WiMAX. Форум

описывает WiMAX как «основанную на стандарте технологию, предоставляющую

высокоскоростной беспроводной доступ к сети, альтернативный выделенным линиям

и DSL».

WiMAX подходит для решения следующих задач:

Соединения точек доступа Wi-Fi друг с другом и другими сегментами сети

Интернета.

Обеспечение беспроводного широкополосного доступа как альтернативы

выделенным линиям и DSL.

Предоставление высокоскоростных сервисов передачи данных и

телекоммуникационных услуг.

Создание точек доступа не привязанных к географическому положению.

Сети WiMAX являются реализацией технологии широкополосного

беспроводного доступа Broadband Wireless Access (BWA) стандарта IEEE 802.16.

Основное предназначение данных сетей - это оказание услуг абонентам по

высокоскоростной и высокачественной беспроводной передаче данных, голоса и

видео на расстояния в несколько десятков километров. В октябре 2007 года

International Telecommunication Union (ITU-R) включил технологию WiMAX

стандарта IEEE 802.16 в семейство стандартов мобильной связи.

29 октября 2008 года один из крупнейших в США телекоммуникационных

операторов в США компания Sprint обьявила о коммерческом старте в городе

Балтимор первой национальной сети мобильной связи четвертого поколения (4G),

основанной на технологии WiMAX. Коммерческая реализация данного самого

амбициозного и революционного проекта в истории беспроводных

телекоммуникаций открыло новую эру мобильной связи.

3

Ожидается, что мобильная связь нового поколения, ориентированная на

предоставление как мобильным так и фиксированным абонентам услуг Triple Play по

передачи голоса, видео (мобильное телевидение, интерактивные мультимедийные

услуги) и данных (включая доступ в Интернет), будет базироваться на технологии

WiMAX.

В сетях WiMAX реализованы самые последние достижения науки и техники в

области радиосвязи, телекоммуникаций и компьютерных сетей. Стандарт IEEE 802.16

определяет применение:

на физическом (радио) уровне широкополосного радиосигнала OFDM c

множеством поднесущих,

на канальном уровне используется современный протокол множественного

(многостанционного) доступа Time Divion Multiply Access (TDMA) и Scalable

OFDM Access (SOFDMA),

на сетевом (транспортном) уровне в сетях WiMAX применяется IP протокол

передачи данных, широко используемый в большинстве современных сетях

передачи данных, в том числе, в сети Интернет.

WiMAX позволяет осуществлять доступ в Интернет на высоких скоростях, с

гораздо большим покрытием, чем у Wi-Fi сетей. Это позволяет использовать

технологию в качестве «магистральных каналов», продолжением которых выступают

традиционные DSL и выделенные линии, а также локальные сети. В результате такой

подход позволяет создавать высокоскоростные сети в масштабах целых городов.

Многие телекоммуникационные компании делают большие ставки на

использование WiMAX для предоставления услуг высокоскоростной связи. Тому есть

ряд причин.

Во-первых, технологии семейства 802.16 позволят экономически более

эффективно (по сравнению с проводными технологиями) не только предоставлять

доступ в сети новым клиентам, но и расширять спектр услуг и охватывать новые

труднодоступные территории.

Во-вторых, беспроводные технологии многим более просты в использовании,

чем традиционные проводные каналы. WiMAX и Wi-Fi сети просты в развертывании

и, по мере необходимости, легко масштабируемы. Этот фактор оказывается очень

полезным, когда необходимо развернуть большую сеть в кратчайшие сроки.

В сумме все эти преимущества позволят снизить цены на предоставление услуг

высокоскоростного доступа в Интернет, как для бизнес структур, так и для частных

лиц.

Оборудование для использования сетей WiMAX поставляется несколькими

производителями и может быть установлено как в помещении (устройство размером с

обычный DSL модем), так и вне него (устройства размером с ноутбук). Следует

заметить, что оборудование рассчитанное на размещение внутри помещений и не

требующее профессиональных навыков при установке, конечно, более удобно,

однако способно работать на значительно меньших расстояниях от базовой станции,

4

чем профессионально установленные внешние устройства. Поэтому оборудование

установленное внутри помещений требует намного больших инвестиций в развитие

инфраструктуры сети, так как подразумевает использование значительно большего

количества точек доступа.

С изобретением мобильного WiMAX все больший акцент делается на

разработке мобильных устройств. В том числе специальных телефонных трубок

(похожих на обычный смартфон), и компьютерной периферии (USB радио модулей и

РС card).

Первый стандарт IEEE 802.16 был сфокусирован на разработке

функционирования сети в режиме прямой видимости в полосе частот 10-66 ГГц.

Позднее, были разработаны и внесены поправки к стандарту направленные на

функционирование сети без прямой видимости (на переотражениях) в полосе частот

2-11 ГГц. Стандарт IEEE 802.16-2004, боле известный как IEEE 802.16d, был

опубликован в 2004 году. Стандарт 802.16e в качестве поправки к стандарту 802.16d

был утвержден в конце 2005 года, как 802.16-2005. Стандарт 802.16d поддерживает

фиксированный и переносной режимы, а стандарт 802.16е – мобильный,

фиксированный, портативный и переносной режимы. Оба стандарта подробно

описаны IEEE, как поддерживающие множество приложений и сетевых решений.

Название WiMAX относится к определенному подмножеству технологических

спецификаций стандартов 802.16d и 802.16е называемых «профилями». В

соответствии с профилями WiMAX производители сертифицируют свое

оборудование с результатами независимого тестирования и гарантируют

совместимость с изделиями других производителей. Первые устройства,

поддерживающие 802.16d, появились в продаже в 2006, а – 802.16e в начале 2007.

Стандарт 802.16d описывает принципы построения сетей регионального

масштаба в диапазонах до 66 ГГц – точнее, их физический и МАС-уровни1. Для этого

предусмотрено пять режимов (табл. 1). Из них только WirelessMAN-SC

предназначении для работы в диапазоне 10-66 ГГц. Он ориентирован на

магистральные сети (―точка-точка‖, ―точка-многоточка‖), работающие в режиме

прямой видимости (ибо затухание столь высокочастотных сигналов при отражении

1 Все стандарты группы 802.16 (равно как и их собратья 802.11) описывают два нижних уровня модели

взаимодействия открытых систем (OSI) – физический и уровень контроля доступа к среде передачи (MAC –

Medium Access Control). В стандартах этой группы идет речь о радиоинтерфейсах, методах модуляции и

доступа к каналам, о системе управления потоками, о структурах передаваемых данных, о механизмах связи

протоколов передачи данных верхних уровней (прежде всего АТМ и IP) с протоколами физического уровня

IEEE 802.16 и др.

На языке эталонной модели взаимодействия открытых систем MAC-уровень является нижним подуровнем

уровня звена данных (канального уровня) в модели OSI. Верхним подуровнем данного уровня выступает

Logical Link Control (LLC) – управление логическим соединением. Основная задача, решаемая на уровне звена

данных, - сформировать двунаправленный логический канал между двумя точками и обеспечить качество услуг

(уровень ошибок) независимо от качества передачи на физическом уровне. Однако, зачастую

терминологические понятия трактуют достаточно произвольно, и в стандарте IEEE 802.16 под термином MAC,

по-видимому, следует понимать уровень звена данных со всеми присущими ему задачами.

5

очень велико) с типичными скоростями потока данных (bit-stream) 120Мбит/с и

шириной канала порядка 25 МГц.

Таблица 1. Основные режимы в стандарте IEEE 802.16-2004

Режим Частотный

диапазон, ГГц

Опции Метод дуп-

лексирования

WirelessMAN-SC 10–66 TDD / FDD

WirelessMAN-SCa < 11 AAS / ARQ / STC / TDD / FDD

WirelessMAN-

OFDM

< 11 AAS / ARQ / STC /

Mesh

TDD / FDD

WirelessMAN-

OFDMA

< 11 AAS / ARQ / STC / TDD / FDD

WirelessHUMAN < 11, безлицен-

зионный

диапазон*

DFS / AAS /ARQ /

Mesh /STC

TDD

Остальные режимы разработаны для диапазонов менее 11 ГГЦ. Один из них –

WirelessMAN-SCa – это ―низкочастотная‖ вариация WirelessMAN-SC (с рядом

дополнительных механизмов, в частности допускается 256-позиционная квадратурная

модуляция 256-QAM). Другой, WirelessHUMAN, предназначен для работы в

безлицензионных диапазонах (главным образом в США). Зато два оставшихся

режима – WirelessMAN-OFDM и WirelessMAN-OFDMA – это принципиально новые

по отношению к IEEE 802.16-2001 методы.

Все режимы диапазона ниже 11 ГГц отличают три характерных детали – это

механизмы автоматического запроса повторной передачи (ARQ – Automatic Repeat

Request), поддержка работы с адаптивными антенными системами (AAS – Adaptive

Antenna System) и пространственно-временное кодирование (STC – Space Time

Coding) при работе с AAS. Кроме того, помимо централизованной архитектуры

―точка-многоточка‖, в диапазоне ниже 11 ГГц предусмотрена поддержка архитектуры

Mesh-сети (―сетки‖ – децентрализованной сети взаимодействующих друг с другом

систем).

Еще одна особенность стандарта – режим WirelessHUMAN (Highspeed

Unlicensed Metropolitan Area Network). Фактически он представляет собой адаптацию

описанных в стандарте IEEE 802.16-2004 режимов для работы в безлицензионных

диапазонах частот (видимо, в зоне 5-6 ГГц). Основные отличия WirelessHUMAN – это

использование только временного дуплексирования, режим динамического

распределения частот (DFS – dynamic frequency selection) и механизм сквозной

нумерации частотных каналов.

Принципиально что существенное внимание в стандарте IEEE 802.16-2004

уделено качеству обслуживания (QoS), а также механизмам защиты данных и

соединений [1].

6

2. Физический уровень стандарта IEEE 802.16

Стандарт IEEE 802.16 описывает работу в диапазоне 10-66 ГГц систем с

архитектурой ―точка-многоточка‖ (из центра многим). Это – двунаправленная

система, т.е. предусмотрены нисходящий (downlink, от базовой станции к абонентам)

и восходящий (uplink, к базовой станции) потоки. При этом каналы подразумеваются

широкополосные (порядка 25МГц), а скорости передачи высокие (например,

120Мбит/с).

Тракт обработки данных и формирования выходного сигнала для передачи

через радиоканал в стандарте IEEE 802.16 достаточно обычен для современных

телекоммуникационных протоколов (рис.1.1) и практически одинаков для

восходящих и нисходящих соединений. Входной поток данных скремблируется –

подвергается рандомизации, т.е. умножению на псевдослучайную

последовательность (ПСП), получаемую в 15-разрядном сдвиговом регистре (рис.1.2)

(задающий полином ПСП – с(x) = x15

+ x14

+1, начальное значение – 4А8016). Далее

скремблированные данные защищают посредством помехоустойчивых кодов (FEC-

кодирование). При этом можно использовать одну из четырех схем кодирования: код

Рида-Соломона (в базисе полей Галуа GF(256)), код Рида-Соломона с

дополнительным свѐрточным кодом (скорость кодирования 2/3), код Рида-Соломона

с дополнительным контролем четности (8/9) и блочный турбокод. Размер

кодируемого информационного блока и число избыточных байт не фиксированы –

эти параметры можно задавать в зависимости от условий среды передачи и

требований к качеству предоставления услуг (QoS). Так, для кода Рида-Соломона

размер исходного блока данных может быть от 6 до 255 байт, а число избыточных

байт – до 32 (всего до 255). Первые две схемы кодирования обязательны для всех

устройств стандарта, остальные два алгоритма – дополнительные.

Рис.1.1. Тракт формирования выходного сигнала в стандарте IEEE 802.16

(нисходящий канал)

В диапазоне 10-66 ГГц стандарт IEEE 802.16 предусматривает схему с

модуляцией одной несущей (в каждом частотном канале). Стандарт допускает три

типа квадратурной амплитудной модуляции: четырехпозиционную QPSK и 16-

позиционную 16-QAM (обязательны для всех устройств), а также 64-QAM

(опционально). Кодированные блоки данных преобразуются в модуляционные

7

символы (каждые 2/4/6 бит определяют один символ QPSK/16-QAM/64-QAM) в

соответствии с приведенными в стандарте таблицами – каждой группе из 2/4/6 бит

ставится в соответствие синфазная (I) и квадратурная (Q) координаты. Далее

последовательность дискретных значений в каналах I и Q преобразуется посредством

так называемого синусквадратного фильтра (square-root raised cosine filter)2 в

непрерывные (сглаженные) сигналы. Фильтрованные потоки I(t) и Q(t) поступают

непосредственно в квадратурный модулятор, где формируется выходной сигнал как

функция S(t) = I(t)cos(2fct) – Q(t)sin(2fct), где fc – несущая частота. Далее сигнал

усиливается и передается в эфир. На приемной стороне все происходит в обратном

порядке.

Рис.1.2. Генерация ПСП для рандомизации данных

Данные на физическом уровне передаются в виде непрерывной

последовательности кадров. Каждый кадр имеет фиксированную длительность – 0.5;

1 и 2 мс, поэтому его информационная емкость зависит от символьной скорости

метода модуляции. Кадр состоит из преамбулы (синхропоследовательности длиной

32 QPSK-символа), управляющей секции и последовательности пакетов с данными

(рис.3). Поскольку определяемая стандартом IEEE 802.16 система двунаправленная,

необходим дуплексный механизм. Он предусматривает как частотное (FDD –

frequency division duplex), так и временное (TDD – time division duplex) разделение

восходящего и нисходящего каналов.

При временном дуплексировании каналов кадр делится на нисходящий и

восходящий субкадры (их соотношение в кадре может гибко изменятся в процессе

работы, в зависимости от потребной полосы пропускания для нисходящих и

восходящих каналов), разделенные специальным интервалом (рис.1.3а). При

2 Предаточная функция идеального синусквадратного фильтра H(f) записывается как:

H(f) = 1 при f < fN(1 - α);

H(f) = 0 при f > fN(1 + α);

H(f) = √0.5 (1 + sin[(fN – f)/α ∙ π/2 ∙ fN])

где α – коэффициент избирательности (по стандарту IEEE 802.16 α = 0,25), fN – частота Найквист, равная половине частоты дискретизации.

8

частотном дуплексировании восходящий и нисходящий каналы транслируются

каждый на своей несущей (рис.1.3б).

Рис.1.3. Структура кадра в стандарте IEEE 802.16 для систем с временным (а) и

частотным (б) дуплексированием каналов

В нисходящем канале информация от базовой станции передается в виде

последовательности пакетов (метод временного мультиплексирования TDM – time

dimension multiplex) (рис.1.4). Для каждого пакета можно задавать метод модуляции и

схему кодирования данных – т.е. выбирать между скоростью и надежностью

передачи. TDM-пакеты передаются одновременно для всех абонентских станций,

каждая из них принимает весь информационный поток и выбирает ―свои‖ пакеты

(декодируя заголовки пакетов и определяя адрес назначения).

В нисходящем субкадре пакеты выстраиваются так, что самые

помехозащищенные передаются первыми (управляющая секция всегда передается

посредством QPSK-модуляции). Если этого не сделать то абонентские станции с

плохими условиями приема, которым предназначаются наиболее защищенные

пакеты, могут потерять синхронизацию в ожидании своей порции информации.

Рис.1.4. Структура нисходящего канала

Пакеты в нисходящем субкадре следуют друг за другом без интервалов и

предваряющих их заголовков. Чтобы абонентские станции могли отличить один

9

пакет от другого, в управляющей секции передаются карты нисходящего (DL-MAP) и

восходящего (UL-MAP) каналов. В карте нисходящего канала указана длительность

кадра, номер кадра, число пакетов в нисходящем субкадре, а также точка начала и тип

профиля каждого пакета. Точка начала отсчитывается в так называемых физических

слотах, каждый физический слот равен четырем модуляционным символам.

Профиль пакета – это список его параметров, включая метод модуляции, тип

FEC-кодирования (с параметрами схем кодирования), а также диапазон значения

отношения сигнал/шум в приемном канале конкретной станции, при которой данный

профиль может применятся. Список профилей в виде специальных управляющих

сообщений (дескрипторов нисходящего и восходящего каналов, DCD/UCD)

транслируется базовой станцией с периодом 10с, причем каждому профилю

присваивается номер, который и используется в карте нисходящего канала.

Абонентские станции получают доступ к среде передачи посредством

механизма временного разделения каналов (TDMA – Time Division Multiple Access)

(рис.1.5). Для этого в восходящем субкадре для каждой передающей АС базовая

станция резервирует специальные временные интервалы – слоты. Информация о

распределении слотов между АС записывается в карте восходящего канала UL-MAP,

транслируемой в каждом кадре. UL-MAP функционально аналогична DL-MAP – в

ней сообщается, сколько слотов в субкадре, точка начала и идентификатор

соединения для каждого из них, а также типы профилей всех пакетов. Сообщение UL-

MAP текущего кадра может относиться, как к данному кадру, так и к последующему.

Скорость модуляции (частота символов) в восходящем канале должна быть такой же,

как и в нисходящем. В отличии от TDM-пакетов, каждый пакет в восходящем канале

начинается с преамбулы – синхропоследовательности длинной 16 или 32 QPSK-

символа.

Рис.1.5. Структура восходящего канала

В восходящем канале, кроме назначенных БС слотов для определенных АС,

предусмотрены интервалы, в течение которых АС может передать сообщение для

первичной регистрации в сети или для запроса канала/изменения полосы пропускания

канала. Поскольку эти сообщения спонтанны, в данных интервалах возможны

коллизии, вызванные одновременной работой передатчиков двух и более АС.

Принцип борьбы с коллизиями аналогичен используемому в стандарте 802.11 – после

того, как АС решила, что ей нужно зарегистрироваться/запросить канал, она не

начинает трансляцию в первом же предназначенном для этого интервале. В АС есть

генератор случайных чисел (ГСЧ), выбирающий значения из некоего диапазона от 0

10

до 2n–1. Так, если n=4, ГСЧ выбирает числа в диапазоне 0-15, например 11. Далее АС

отсчитывает 11 интервалов, предназначенных для регистрации/запроса канала и

только в 12-м выходит в эфир. Если передача прошла успешно и БС приняла запрос,

она в определенный период ответит специальным сообщением. В противном случае

АС считает попытку неудачной и повторяет процедуру, только интервал выбора для

ГСЧ удваивается. Такая последовательность действий продолжается до тех пор, пока

не будет получен ответ от БС. Максимальный размер диапазона возможных значений

ГСЧ ограничен и при его достижении он вновь принимает минимальное значение.

Примечательно, что в режиме FDD стандарт IEEE 802.16 допускает

применение как дуплексных, так и полудуплексных абонентских станций. Последние

не способны одновременно принимать и передавать информацию. Для

полудуплексных АС, которые в силу конструктивных особенностей сначала

принимают информацию и лишь затем передают свои данные, в нисходящем FDD

кадре предусмотрена область с механизмом TDMA - для таких станций информация

передается в определенных временных интервалах (рис.1.6). Причем нисходящие

пакеты, передаваемые в режиме TDMA, обязательно снабжают преамбулой -

синхропоследовательностью длиной 16 QPSK-символов, чтобы полудуплексные

абонентские станции могли при необходимости восстановить синхронность. То есть

фактически и в FDD-режиме частично используется принцип доступа к среде пе-

редачи в режиме разделения времени.

Рис.1.6 Нисходящий канал в случае FDD при работе с полудуплексными

абонентскими станциями

Важная особенность стандарта IEEE 802.16 - система контроля радиотракта,

благодаря которой базовая станция способна контролировать синхронность, несущую

11

частоту и мощность каждой АС и при необходимости изменять/корректировать эти

параметры посредством служебных сообщений.

Физический уровень стандарта IEEE 802.16 занимается непосредственной

доставкой потоков данных между БС и абонентскими станциями. Все же задачи,

связанные с формированием структур этих данных, а также управлением работой

системы IEEE 802.16, решаются на МАС-уровне.

3. МАС-уровень стандарта IEEE 802.16

Оборудование стандарта IEEE 802.16 призвано формировать транспортную

среду для различных приложений (сервисов), поэтому первая задача, решаемая в

IEEE 802.16, - это механизм поддержки разнообразных сервисов верхнего уровня.

Разработчики стандарта стремились создать единый для всех приложений протокол

MAC-уровня, независимо от особенностей физического канала. Это существенно

упрощает связь терминалов конечных пользователей с городской сетью передачи

данных - физически среды передачи в разных фрагментах WMAN могут быть

различны, но структура данных едина. В одном канале могут работать (не

единовременно) сотни различных терминалов еще большего числа конечных

пользователей. Этим пользователям необходимы самые разные сервисы (приложения)

- потоки голоса и данных с временным разделением, соединения по протоколу IP,

пакетная передача речи через IP (VoIP) и т.п. Более того, качество услуг (QoS)

каждого отдельного сервиса не должно изменяться при работе через сети IEEE

802.16. Алгоритмы и механизмы доступа МАС-уровня должны уверенно решать все

эти задачи.

Структурно МАС-уровень IEEE 802.16 подразделяется на три подуровня

(рис.1.7) - подуровень преобразования сервиса CS (Convergence Sublayer), основной

подуровень CPS (Common Part Sublayer) и подуровень защиты PS (Privacy Sublayer).

На подуровне защиты реализуются функции, обеспечивающие криптозащиту данных

и механизмы аутентификации/предотвращения несанкционированного доступа. Для

этого предусмотрены два основных компонента - набор алгоритмов криптозащиты и

протокол управления ключом шифрования. Ключ каждой АС базовая станция может

передавать в процессе авторизации, используя схему работы ―клиент (АС) - сервер

(БС)‖.

На подуровне преобразования сервиса происходит трансформация потоков

данных протоколов верхних уровней для передачи через сети IEEE 802.16. Для

каждого типа приложений верхних уровней стандарт предусматривает свой механизм

преобразования, но на сегодня описаны и вошли в спецификацию IEEE 802.16 только

два -для работы в режиме АТМ и для пакетной передачи. Под пакетной передачей

подразумевают достаточно широкий набор различных протоколов, включая IP. Цель

работы на CS-подуровне - оптимизация передаваемых потоков данных каждого

приложения верхнего уровня, с учетом их специфики. Поэтому важнейшая задача,

12

решаемая на данном подуровне, - классификация пакетов/ячеек. От результатов ее

решения зависит и оптимизация передаваемых потоков, и выделение полосы

пропускания для каждого из них.

Рис.1.7. Структура МАС-уровня в стандарте IEEE 802.16

Для оптимизации транслируемых потоков предусмотрен специальный

механизм удаления повторяющихся фрагментов заголовков PHS (Payload Header

Suppression). Действительно, и в АТМ, и в пакетном режиме данные передаются

отдельными порциями - ячейками и пакетами, соответственно. Каждая такая порция

данных состоит, в общем случае, из заголовка и поля данных - фиксированных раз-

меров для АТМ (5 и 48 байт, соответственно) и достаточно произвольных при

пакетной передаче. Во многих случаях заголовки пакетов и ячеек содержат

повторяющуюся информацию, излишнюю при трансляции посредством протокола

IEEE 802.16. Механизм PHS позволяет избавиться от передачи избыточной

информации: на передающем конце пакеты приложений в соответствии с

определенными правилами преобразуются в структуры данных МАС-уровня IEEE

802.16, на приемном - восстанавливаются.

На основном подуровне MAC формируются пакеты данных (MAС PDU - MAC

Protocol Data Unit, блоки данных МАС-уровня), которые затем передаются на

физический уровень и транслируются через канал связи. Пакет MAC PDU (далее -

PDU) включает заголовок и поле данных (его может и не быть), за которым может

следовать контрольная сумма CRC (рис.8). Заголовок PDU занимает 6 байт и может

быть двух типов - общий и заголовок запроса полосы пропускания. Общий заголовок

используется в пакетах, у которых присутствует поле данных. В общем заголовке

указывается идентификатор соединения CID, тип и контрольная сумма заголовка, а

также приводится информация о поле данных (см. табл.2).

Заголовок запроса полосы применяется, когда АС просит у БС выделить или

увеличить ей полосу пропускания в нисходящем канале. При этом в заголовке

указывается CID и размер требуемой полосы (в байтах, без учета заголовков

физических пакетов). Поля данных после заголовков запроса полосы быть не может.

13

Таблица 2. Структура Общего заголовка MAC PDU

(от старшего к младшим битам)

Поле данных может содержать подзаголовки МАС, управляющие сообщения и

собственно данные приложений верхних уровней, преобразованные на CS-подуровне.

В стандарте описано три типа МАС-подзаголовков - упаковки, фрагментации и

управления предоставлением канала. Подзаголовок упаковки используются, если в

поле данных одного PDU содержатся несколько пакетов верхних уровней;

подзаголовок фрагментирования - если, напротив, один пакет верхнего уровня разбит

на несколько PDU. Подзаголовок управления предоставлением канала предназначен,

чтобы АС сообщала БС изменение своих потребностей в полосе пропускания (число

байт в восходящем канале для определенного соединения, сообщение о переполнении

выходной очереди в АС, требование регулярного опроса со стороны БС для

выяснения потребной полосы).

Управляющие сообщения - это основной механизм управления системой IEEE

802.16. Всего зарезервировано 256 типов управляющих сообщений, из них 30 описано

в стандарте IEEE 802.16. Описание профилей пакетов, управление доступом,

механизмы криптозащиты, динамическое изменение работы системы и т.д. - все

функции управления, запроса и подтверждения реализуются через управляющие

сообщения. Рассмотренные выше карты входящего/нисходящего каналов (UL-/Dl-

MAP) также являются управляющими сообщениями. Формат управляющих

сообщений прост - поле типа сообщения (1 байт) и поле данных (параметров).

4. Управление соединениями

Ключевой момент в стандарте IEEE 802.16 - это понятие ―сервисного потока‖ и

связанные с ним понятия ―соединение‖ и ―идентификатор соединения‖ (CID).

Поскольку система IEEE 802.16 - лишь транспортная среда, ее инфраструктура

фактически формирует коммуникационные каналы для потоков данных различных

14

приложений верхних уровней (сервисов) - передача видеоданных, АТМ-потоки, IP-

потоки, передача телефонных мультиплексированных пакетов типа Е1 и т.д. Каждое

из таких приложений обладает своими требованиями к скорости передачи,

надежности (качеству обслуживания), криптозащите и т.д. Соответственно, и данные

каждого приложения следует передавать через транспортную среду с учетом этой

специфики. Сервисным потоком в стандарте IEEE 802.16 называется поток данных,

связанный с определенным приложением. В этом контексте соединение - это

установление логической связи на МАС-уровнях на передающей и приемной стороне

для передачи сервисного потока. Каждому соединению присваивается 16-разрядный

идентификатор CID, с которым однозначно связаны тип и характеристики

соединения. В частности, по запросу предоставления/изменения полосы пропускания

со стороны АС базовая станция сразу понимает, с каким сервисным потоком имеет

дело и какие условия передачи ему нужно обеспечить. Так, при начальной

инициализации в сети каждой АС назначается три CID для служебных сообщений

трех уровней. Принципиально, что одна АС может устанавливать множество

различных соединений с различными CID. Характерный пример - когда связь

крупного офиса с телекоммуникационным узлом организована через систему IEEE

802.16. В этом случае одна АС в офисе может поддерживать совершенно разные

приложения - телефонию, телевидение, доступ в Интернет и в распределенную кор-

поративную сеть и т.д. Каждое из этих приложений предъявляет свои требования к

QoS и скорости передачи, которые нужно удовлетворить. Посредством CID базовая

станция узнает, с чем имеет дело, и предоставляет необходимый ресурс.

Не менее важным для понимания идеологии IEEE 802.16 является принцип

предоставления доступа к каналу по запросу Demand Assigned Multiple Access

(DAMA). Ни одна АС не может ничего передавать, кроме запросов на регистрацию и

предоставление канала, пока БС не разрешит ей этого - т.е. отведет временной

интервал в восходящем канале и укажет его расположение в карте UL-MAP.

Абонентская станция может запрашивать как определенный размер полосы в канале,

так и просить об изменении уже предоставленного ей канального ресурса.

Стандарт IEEE 802.16 предусматривает два режима предоставления доступа -

для каждого отдельного соединения (Grants per connection - GPC) и для всех

соединений определенной АС (Grants per subscriber station - GPSS). Режим GPSS

обязателен для всех устройств в диапазоне 10-66 ГГц. Очевидно, что первый

механизм обеспечивает большую гибкость, однако второй существенно сокращает

объем служебных сообщений и требует меньшей производительности от аппаратуры.

Запросы полосы могут быть как спорадическими для БС, так и

планированными. В первом случае запросы реализуются посредством пакетов,

состоящих из заголовка запроса, передаваемых на конкурентной основе в специально

выделенном для них интервале восходящего канала. Процедура плановых запросов

полосы в восходящем канале называется опросом (polling) - БС как бы опрашивает

АС об их потребностях. Реально это означает, что базовая станция предоставляет

15

конкретной АС интервал для передачи запроса о предоставлении/изменении полосы,

т.е. никакой конкуренции уже нет.

Опрос может быть в ―реальном времени‖ - интервалы для запроса

предоставляются АС с тем же периодом, с каким у нее может возникнуть потребность

в изменении условий доступа (например, в каждом кадре). Этот режим удобен для

приложений, когда пакеты данных следуют с фиксированным периодом, но их размер

не стабилен (например, видео-MPEG). Другой вариант опроса – вне ―реального

времени‖. В этом случае БС предоставляет АС интервал для запроса также

периодически, но период этот существенно больше – например, 1 с. Характерное

приложение, для которого эффективен этот механизм, – FTP-протокол.

Для приложений, у которых периодичность и размер пакетов фиксированы

(например, в телефонии шина Е1), предусмотрен механизм доступа к каналу без

требования (Unsolicited Grant Service – UGS). В этом случае БС с заданным периодом

предоставляет АС для передачи данных интервалы фиксированного размера,

соответствующие скорости потока данных. Если в ходе работы АС нужно изменить

условия доступа, она делает это посредством специального МАС-подзаголовка

управления предоставлением канала. В этом подзаголовке есть специальный флаг

―опроси меня‖, установив который, АС просит у БС интервал для запроса новой

полосы. Существенно, что в упомянутом подзаголовке есть специальный бит

индикации переполнения выходного буфера передатчика АС, что приводит к потере

данных (slip). БС может отреагировать на появление этого сигнала, например,

увеличив полосу для данной АС.

5. Мобильный стандарт IEEE 802.16e

С мобильным стандартом 802.16е ситуация сложнее. Сам принцип мобильности

подразумевает географически протяженную зону (перекрывающую по меньшей мере

территорию нескольких стран). И здесь возникает острейшая проблема – частотный

ресурс. О безлицензионных диапазонах (в тех странах, где они есть) речи быть не

может, поскольку требуется гарантированное качество предоставляемых услуг.

Следовательно, для действительно глобального распространения новой технологии

необходима согласованная работа регулирующих органов многих стран. Кроме того,

стандарт 802.16 – это всего лишь спецификация радиоинтерфейса "точка-точка" (или

"точка-многоточка"). Напомним: он затрагивает физический и канальный урони сети

в терминологии модели взаимодействия открытых систем (МВОС). Но глобальная

система беспроводного доступа, тем более мобильная, – это сеть, включающая

функциональность всех семи уровней МВОС.

Понятие "мобильность" относят к двум категориям абонентов – к так

называемым номадическим ("кочующим") и к собственно подвижным. Номадические

абоненты могут перемещаться в пределах действия сети, но в момент сеансов связи

они локализованы (находятся в зоне одного и того же сегмента базовой станции) –

16

например, пользователи ноутбуков, которые могут включить их дома, в офисе, на

скамейке в парке и т.п. Подвижные абоненты должны иметь доступ к сети

непосредственно в процессе движения (тот же пользователь с ноутбуком в

движущемся автомобиле). Если для номадических абонентов важна быстрая

регистрация в любой точке сети (в идеале – сети любого провайдера), то обеспечить

подлинную подвижность гораздо сложнее. Прежде всего, необходимы процедуры

передачи абонента от одной базовой станции (БС) к другой (или между различными

сегментами одной БС) так, чтобы сам абонент этого не ощущал. Это – функции так

называемой эстафетной передачи (хэндовер).

Кроме того, мобильность абонентов диктует совершенно иные требования к

управлению ресурсами сети и к возможности их оперативного перераспределения.

Ужесточаются и требования к вторичному использованию частотного ресурса сети.

Именно поэтому в новой редакции стандарта значительное внимание уделено

возможности пропорционального уменьшения частотной полосы канала, а также

технологиям многоканальных антенных систем (MIMO). Для мобильных устройств

очень важно снизить энергопотребление, чему способствуют специальные режимы и

процедуры нового стандарта.

Помимо собственно мобильности, особое внимание IEEE 802.16е уделяет

проблемам качества предоставляемых услуг (QoS). Ведь IEEE 802.16 рассматривается

как стандарт для предоставления услуг операторского класса, в том числе – и для

мобильных абонентов. Поэтому вопрос QoS для этой технологии играет

первостепенную роль.

Кроме того, мобильность автоматически подразумевает усложнение сетевой

архитектуры. Если при фиксированном доступе абонентская станция (АС) общается с

единственной назначенной ей БС, то мобильная абонентская станция (МС) должна

знать свое окружение, общаться одновременно с несколькими БС, переключаться с

одной на другую и т.п. Эти требования обусловили появление в стандарте IEEE

802.16е понятий "сервисной БС" и "соседней БС". Сервисная БС для определенной

МС – это базовая станция, на которой МС последний раз выполнила процедуру

регистрации, при начальном вхождении в сеть или при хэндовере. С сервисной БС

абонентская станция работает в обычном режиме. Соседняя БС – это базовая станция,

отличная от сервисной, трансляцию с которой (нисходящий поток) способная

принять МС.

Изменения и дополнения в документе 802.16е затронули функции физического

уровня (Phy), а также подуровня управления контролем доступа к каналу (Media

Access Control – МАС) сетевого уровня МВОС.

На МАС-уровне нововведения и изменения связаны с QoS. Понятие

"соединение" заменено на "транспортное соединение". Сервисный поток (со всеми

его свойствами) определяется не для всей сети, а только для обмена между

конкретной парой БС–АС. Особо отмечено, что каждому сервисному потоку с

17

идентификатором SFID ставится в соответствие единственное транспортное

соединение с уникальным идентификатором CID.

Поскольку мобильность предполагает миграцию абонента между различными

сетями, вводится понятие "глобальный сервисный класс". От существовавшего

понятия сервисного класса его отличает то, что имя глобального сервисного класса

остается единым и постоянным для всех БС, и никакая отдельная БС не может его

изменить. Таким образом, глобальный сервисный класс – это инструмент управления

QoS в рамках глобальной сети и/или объединения нескольких сетей.

Имя глобального сервисного класса представляет собой набор из восьми

параметров (плюс один резервный) длиной 32 бита (см. табл.3).

Помимо сервисных классов новый стандарт вводит понятие типов служб

доставки данных. В отличие от сервисных классов, тип службы доставки не

подразумевает присвоения параметрам соединения каких-либо значений, а лишь

обозначает список нормируемых для каждой службы параметров.

Названия служб ассоциируются с типом планирования запросов на

предоставление ресурсов, более того, у восходящих соединений их названия

совпадают. Всего предусмотрено пять типов служб доставки:

доставка без требования (Unsolicited Grant Service – UGS);

доставка в реальном времени с переменной скоростью (RT-VR);

доставка в реальном времени с переменной скоростью и расширенными

возможностями (ERT-VR);

доставка вне реального времени с переменной скоростью (NRT-VR);

доставка по мере возможности (Best Efforts – BE).

Служба доставки без требования UGS предполагает, что оговоренные ресурсы

предоставляются на периодической основе. Она предназначена для приложений

реального времени, транслирующих данные с известной фиксированной скоростью.

Причем размеры МАС-пакетов могут быть различными. Для UGS нормируются такие

параметры, как толерантность к джиттеру, размер блоков данных (если они

фиксированы), минимальная гарантированная скорость передачи, максимальная

задержка и интервал между сеансами передачи.

Служба RT-VR рассчитана на приложения реального времени, которые требуют

передачи данных с гарантированными скоростью и временем задержки. Эта служба

предоставляется по запросу, для чего вводится параметр – период запросов. БС

регулярно (в соответствии с периодом запросов) выделяет в восходящем канале

специальный интервал для запроса дополнительного канального ресурса от

конкретной МС. То есть приложению гарантируется не сам требуемый ресурс, а

возможность его запросить.

Талица 2. Формат имени глобального сервисного класса

18

Служба NRT-VR, как и следует из ее названия, необходима для передачи данных

с заданной скоростью, но с произвольной задержкой. Для этой службы нормируется

минимальная гарантированная скорость передачи данных. Вероятность

предоставления запрошенного ресурса зависит от приоритета трафика – от 0 (низший)

до 7 (высший). Причем, в отличие от службы реального времени, запрос

производится на конкурентной основе.

Служба ВЕ подразумевает остаточный принцип предоставления ресурса. В ней

определятся только приоритет трафика.

Рис.1.8. Пример работы МС с двумя классами энергосбережения

Служба реального времени с расширенными возможностями ERT-VR – это

комбинация служб UGS и RT-VR. Типичные ее задачи – высокоприоритетные

приложения, требующие гарантированных значений скорости передачи и времени

задержки, но характеризующиеся переменной скоростью – например, IP-телефония.

Служба ERT-VR, как и UGS, предоставляется без запроса (по расписанию, через

заданный интервал), но использует параметр "приоритет трафика".

19

Для экономии энергии в мобильных станциях, стандарт IEEE 802.16е

предусматривает два режима энергосбережения – спящий режима и режим ожидания.

Спящий режим (sleep mode) означает, что МС остается зарегистрированной в

сети (в списке абонентов какой-либо БС), но недоступна для приема/передачи. Этот

режим не только снижает энергопотребление МС, но и экономит канальные ресурсы

базовой станции – "спящую" МС не надо обслуживать. Спящий режим обязателен для

поддержки каждой БС и опционален для МС.

Спящий режим МС представляет собой последовательность интервалов сна и

прослушивания. Параметры спящего режима связаны с типами соединений (и служб

доставки данных), поддерживаемыми МС. Инициация спящего режима, его

прекращение, а также определение типа и параметров происходят только по

командам и под управлением БС.

МС может запросить у БС переход в спящий режим посредством специального

сообщения. Переход в этот режим происходит после получения от БС ответного

сообщения с подтверждением.

Совокупность параметров спящего режима образует класс энергосбережения.

Этот класс присваивается одному или группе соединений, имеющих сходные

параметры запроса ресурса. Например, соединения типа ВЕ или NRT-VR могут

принадлежать одному классу энергосбережения. В то же время, два соединения типа

UGS с различными требованиями к канальным ресурсам принадлежат к различным

классам.

Если МС поддерживает только соединения, не связанные ни с каким классом

энергосбережения, такая МС постоянно активна.

Каждая МС может одновременно поддерживать соединения с несколькими

классами энергосбережения. Совокупность окон сна/прослушивания различных

классов образует для каждой МС интервалы доступности/недоступности (рис.1.8).

В интервале недоступности БС не может связываться с МС. Поэтому в этот

период в мобильной станции могут отключаться функциональные блоки приема и

обработки данных от БС. Если БС получает адресованные МС данные, когда

последняя находится в интервале недоступности, БС может либо буферизировать их

для последующей передачи, либо сбросить.

Выход из спящего режима возможен по специальным управляющим

сообщениям от БС, по определенным событиям (например, детектирование

порогового значения мощности сигнала от БС) или по расписанию. В спящем режиме

допустимы определенные периодические процедуры, например, ранжирование

(определение условий в канале связи и соответствующих параметров сигнала –

времени задержки, мощности излучения и т.п.).

Стандарт определяет три типа классов энергосбережения. Классы

энергосбережения типа I рекомендованы для соединений ВЕ и NRT-VR. Особенность

этого типа – постоянно удваивающаяся длительность окна сна SleepWin, но до

определенного предела B2Е:

20

SleepWin (i + 1) = min (2SleepWin (i), B2Е).

Параметры начального значения окна сна SleepWin (0), а также В, Е,

длительность окна прослушивания и номер фрейма, с которого начинается окно сна,

базовая станция передает, когда задает класс энергосбережения. Также сообщаются

специальные флаги событий, по которым возможно внеочередное "пробуждение".

В активном режиме энергосбережения типа I МС не способна передавать

полезные данные или делать запросы на предоставление дополнительных канальных

ресурсов. Однако во время интервалов прослушивания возможен прием всего

нисходящего трафика, как в обычном режиме.

Классы энергосбережения типа II предназначены для соединений UGS и RT-VR.

Для этого типа классов энергосбережения размер окон сна и прослушивания

фиксирован и постоянен. Данные параметры, а также номер фрейма, с которого

начинается последовательность окон сна/прослушивания, передаются базовой

станцией. В отличие от типа I, в окне прослушивания МС может как принимать, так и

передавать полезные данные (в рамках соединений, связанных этим типом классов

энергосбережения).

Классы энергосбережения типа III служат для многоадресных соединений или

для таких служебных процедур, как периодическое ранжирование, динамическое

изменение услуг и т.п. Этот тип подразумевает наличие всего одного окна сна

(задается параметрами В и Е как В2Е). По его завершении МС автоматически

выходит из спящего режима.

Например, если БС знает периодичность поступления данных для

многоадресной рассылки, то на весь этот период (когда данные отсутствуют) БС

может назначить МС спящий режим типа III. Данные передаются после его

завершения, а затем БС снова активирует спящий режим. Аналогичный подход

применим и для прочих периодических процедур.

Режим ожидания (пейджинг) (idle mode) – опциональная функция. В

стандарте IEEE 802.16е этот механизм делает МС периодически доступными для

широковещательного нисходящего трафика без регистрации в какой-либо конкретной

БС. Например, при перемещении МС по географически протяженному району со

множеством БС мобильная станция может не передавать информацию и оставаться

пассивной, пока БС не вызовет ее специальным сообщением о поступлении трафика в

адрес данной МС. Достоинство такого режима – МС не нужно тратить ресурсы и

энергию на поддержку процедур хэндовера, сканирования БС через дискретные

промежутки времени и т.п. Ждущий режим предоставляет простой механизм для

предупреждения МС о направляемом ей нисходящем трафике, причем без

дополнительной активности со стороны МС. Поскольку ждущий режим – это

фактически система передачи коротких сообщений для МС, местоположение которой

точно не известно, его еще называют пейджингом.

Для реализации ждущего режима все БС логически подразделяются на

пейджинговые группы, обеспечивающие радиопокрытие определенного региона.

21

Пейджинговая группа должна быть достаточно обширной, чтобы большинство МС

как можно дольше оставались в ее пределах, и достаточно малой, чтобы перекрытие

таких групп было эффективным (не излишним).

Переход в ждущий режим и работа в нем включает несколько шагов: инициацию

ждущего режима, выбор ячейки, синхронизацию с БС времени пейджинговых

сообщений, установление интервалов для прослушивания (для МС) и передачи (для

БС) пейджинговых сообщений, собственно передачу пейджинговых сообщений и

прекращение режима пейджинга. Инициация режима возможна после того, как МС

передаст специальное сообщение о прекращении регистрации на определенной БС и

переходе в ждущий режим.

БС также может послать МС команду о переходе в ждущий режим. После

обмена подтверждениями МС переходит в ждущий режим. Однако МС может

потребовать у БС (на которой была зарегистрирована) или у контроллера пейджинга

(БС с дополнительными функциями) хранить ее сетевые настройки в течение

некоторого времени. Это необходимо для быстрого перехода из ждущего режима к

нормальной работе. Если по истечении определенного времени БС не обнаруживает в

своей зоне МС или мобильная станция остается пассивной (в ждущем режиме), то БС

удаляет такую МС из списка зарегистрированных станций.

При переходе в режим ожидания МС должна выбрать БС с наилучшими

условиями в радиоканале и зарегистрироваться в ней. После чего МС необходимо

синхронизироваться с выбранной БС, принять от нее управляющие сообщения

(дескриптор нисходящего канала DCD и карту нисходящего канала DL-MAP),

извлечь из этих сообщений размер и номер текущего фрейма и определить время до

следующего пейджингового интервала. Пейджинговый интервал определяется

длительностью (числом кадров), периодом повторения С, а также смещением

P_offset. Номер начального фрейма пейджингового интервала в каждом цикле Nf

должен удовлетворять условию Nf mod C = P_offset, где оператор х mod у– остаток от

деления х на у.

Пейджинговый интервал – это период прослушивания, в течение которого МС

ожидает пейджинговые сообщения. В остальное время МС может выключить питание

или выполнять любые процедуры, не требующие регистрации в сети.

Пейджинговые сообщения – это широковещательные сообщения, включающие

идентификатор пейджинговой группы, к которой принадлежит БС-отправитель.

Пейджинговое сообщение:

либо информирует МС о том, что в ее адрес направляются данные,

либо принуждает МС определить свое местоположение без выполнения всех

процедур регистрации в сети,

либо требует выполнить процедуру регистрации.

В последних двух случаях МС должна подтвердить прием пейджингового

сообщения. Если подтверждение не поступает, БС повторяет передачу

пейджиногового сообщения заданное число раз. Если все они остались без ответа, БС

22

считает мобильную станцию недоступной и извещает об этом все БС данной

пейджинговой группы.

МС способна и по собственной инициативе определять свое местоположения в

сети, например, если она обнаруживает смену пейджинговой группы или после

включения питания. Эта процедура может выполняться и периодически, по

специальному таймеру.

Все функции поддержки режима пейджинга в сети реализует специальная

базовая станция – контроллер пейджинга. Она рассылает всем БС специальные

сообщения со списками МС, находящихся в режиме ожидания, сохраняет в течение

определенного интервала сведения о МС для ее быстрого возвращения в режим

нормальной работы, а также извещает БС о повторной регистрации МС в другой

точке сети.

Дополнения 802.16е впервые вводят в стандарт IEEE 802.16 понятия групповой

(многоточечной, multicast) и широковещательной (broadcast) передачи. Отличия

между ним незначительны: в первом случае информация адресована группе МС, во

втором – всем МС. Поэтому в стандарте эти понятия практически не разделены,

используется единый термин Multicast and Broadcast Service (MBS) – услуга

групповой и широковещательной передачи. Сеть может предоставлять сервис MBS в

двух режимах – вещание с одной БС или с нескольких БС (групповой MBS).

Мобильные станции должны поддерживать оба этих режима. Механизм

автоматического повтора отправки не дошедших пакетов (ARQ) при

широковещательной передаче не предусмотрен.

Транспортным потокам MBS с заранее заданными свойствами (трафика и QoS)

присваивают идентификаторы сервисных потоков и соответствующие CID. МС

распознает MBS по этим идентификаторам. Очевидно, что сообщения групповой

передачи некоторые МС могут игнорировать (если у них данный CID не определен), в

то время как CID широковещательных сообщений должны поддерживать все МС.

Важно, что MBS-сообщения МС могут принимать даже в спящем режиме или в

режиме ожидания.

В режиме группового MBS несколько БС образуют специальную группу, всем

БС которой присваивается идентификатор зоны MBS. В пределах этой зоны БС и МС

должны пользоваться едиными CID для работы в режимах MBS. Все БС этой группы

синхронно транслируют MBS-сообщения на одном частотном канале и с

одинаковыми идентификаторами. Такой режим повышает вероятность приема

широковещательных сообщений.

Для того, чтобы получать групповые сообщения, МС должна зарегистрироваться

как адресат такого сервиса. Но, в отличие от режима широкого вещания с одной БС,

при групповом MBS-режиме регистрация на БС, от которой МС получает

широковещательное сообщение, не требуется.

Более того, МС может быть не зарегистрированной ни в одной БС группы.

Достаточно, чтобы она была зарегистрирована в сети как получатель данного сервиса.

23

Информация о МС предается базовым станциям посредством сетевой

инфраструктуры. Очевидно, что при этом собственно процедура регистрации

получателя MBS-сообщений реализуется на сетевом уровне, т.е. вне рамок стандарта

IEEE 802.16, – это уже забота консорциума WiMAX.

Таковы основные особенности мобильного расширения стандарта IEEE 802.16-

2004 на МАС-уровне. На физическом уровне отличия также чрезвычайно значимы.

Основные из них – это масштабируемый по числу поднесущих режим OFDMA

(Scalable OFDMA) и существенно расширенная поддержка MIMO-технологии.

Вместо заключения:

В следующей лекции подробно будут рассмотрены:

Режим WirelessMAN-OFDMA в технологии WiMAX;

Технология MIMO.

Это две ключевые технологии, благодаря которым реализуется передача и

прием сигнала в системах WiMAX.

Далее в лекции 3 будут рассмотрены технологии разделения сигналов,

модуляции и кодирования в WiMAX: ФМ-2,4,8, 16-QAM, OFDM, FDMA,

TDMA, CDMA

В зависимости от типа информации, которую передает система WiMAX, в

адаптивном режиме (по запросу) используются различные виды модуляции. В

процессе работы при изменении типа информации или условий передачи

(уровень шумов, фиксированный или мобильный режим и др.) БС может

изменять такие параметры так полоса пропускания и тип модуляции,

используемые в конкретном соединении. Все виды модуляции и методы

доступа к среде передачи поддерживаемые системами WiMAX

рассматриваются в лекции 3.

В заключении описаны некоторые особенности мобильного WiMAX (IEEE

802.16e) и рассмотрены перспективы внедрения WiMAX с целью модернизации

или замещения действующих сетей поколений 2G и 3G.

ЛИТЕРАТУРА

1. IEEE Std IEEE 802.16 TM

– 2004 (Revision of IEEE Std IEEE 802.16-2001) IEEE

Standard for Local and Metropolitan area networks. Part 16: Air Interface for fixed

Broadband Wireless Access Systems. – IEEE, 1 October 2004.

2. Шахнович И. Сети городского масштаба. Решения рабочей группы IEEE 802.16 – в

жизнь! – Электроника. НТБ, 2003, №8, с.50-56.

3. Шахнович И. Стандарт широкополосного доступа IEEE 802.16 для диапазонов

ниже 11 ГГц. – ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ, 2005, №1.

4. www.wireless.ru/wireless/wrl_analisys5

5. Голышко А. В. Телевидение: от кабельного к эфирному и далее... – Сети и

системы связи, 1998, №3.

6. Гольдштейн Б.С. Протоколы сети доступа. Т.2. – М.: Радио и связь, 1999.